Question

Предложите способ измерения коэффициента преломления жидкости в лаборатории с максимальной точностью измерений.

Answer 1

В оптической промышленности существует бесконтактный метод  измерения толщины отполированных плоскопараллельных пластин изготовленных из известной марки стекла.  Основан он на оптическом эффекте,  заключающемся в следующем. Если смотреть перпендикулярно плоскости пластины, то  её толщина (оптическая - То) кажется меньше её реальной (физической -Тф) толщины.  Величина Тф/То – есть показатель преломления материала пластины для длины волны используемого света.  Зная реальную толщину слоя жидкости, и измерив кажущуюся (оптическую) толщину жидкости  с помощью вертикального измерительного микроскопа можно найти показатель  преломления жидкости для некоторой длины волны света. Кажущаяся толщина измеряется последовательно фокусируясь сначала на поверхность жидкости, а затем на дно сосуда содержащего жидкость. Разность отсчетов по вертикальной миллиметровой шкале микроскопа даст оптическую толщину слоя жидкости.  В свое время пришлось заниматься измерением  толщины пластин. Погрешность измерения толщины с доверительной вероятностью 0,95 составляла + - 0,03 мм при толщине пластин 8 мм.

Answer 2

Измерение коэффициента преломления жидкости можно провести с максимальной точностью с использованием метода интерферометрии. Вот как это можно сделать:

1. Подготовка оборудования:

   • Необходимо иметь интерферометр, такой как Майкельсоновский интерферометр, чтобы создать интерференционную картину.
   • Требуется лазерный источник света с известной длиной волны, например, He-Ne лазер с длиной волны 632.8 нм.

2. Установка интерферометра:

   • Расположите лазер так, чтобы его луч попадал на делительный зеркальный призму интерферометра.
   • Один луч проходит через делительное зеркало, а другой отражается от него. Эти два луча путешествуют разными путями и затем объединяются в фокусной плоскости.

3. Иммерсия в жидкость:

   • Расположите прозрачную кювету с изучаемой жидкостью в одном из лучей интерферометра. Кювета должна быть параллельной плоскости делительного зеркала.
   • Жидкость должна быть выровнена и иметь известную температуру.

4. Наблюдение интерференционной картины:

   • После того как лазерный луч прошел через кювету с жидкостью и снова собрался в фокусной плоскости, наблюдайте интерференционную картину на экране.

5. Измерение сдвига интерференционных полос:

   • Путем изменения толщины жидкости в кювете можно наблюдать сдвиг интерференционных полос. Измерьте этот сдвиг, например, с помощью микрометрической шкалы.

6. Вычисление коэффициента преломления:

   • Используйте уравнение для определения коэффициента преломления (n) жидкости: n = (λ / 2d) * ΔN Где:
     • λ - длина волны лазерного света,
     • d - толщина слоя жидкости,
     • ΔN - сдвиг интерференционных полос.

7. Контроль температуры и других параметров:

   • Важно поддерживать стабильную температуру и другие параметры эксперимента, такие как давление, чтобы учесть их в расчетах.

Используя этот метод интерферометрии, можно достичь высокой точности измерения коэффициента преломления жидкости. Однако для точных результатов необходимо обеспечить высокую стабильность экспериментальных условий и правильную калибровку оборудования.